KESETIMBANGAN KIMIA 
        11 
        
        
        
        
        
       11.1.  Kesetimbangan Dinamis 
       11.2.  Tetapan Kesetimbangan 
       11.3.  Hubungan Penting Dalam Tetapan Kesetimbangan 
       11.4.  Besaran Berarti dari Tetapan Kesetimbangan 
       11.5.  Hasil Pembagian (Q): Meramalkan Arah Reaksi 
       11.6.  Prinsip Le Châtelier 
       11.7.  Perhitungan dalam Kesetimbangan 
                         222 
        
               Telah diketahui bahwa H      dan  O   tidak  bereaksi membentuk air pada temperatur dan 
                                        2(g)      2(g) 
               tekanan ruangan, akan tetapi bereaksi dengan menghasilkan ledakan pada temperatur tinggi. 
               Demikian juga dengan N     dan O    yang tidak reaktif pada temperatur ruangan dan tekanan 
                                      2(g)     2(g)
               normal, akan tetapi bereaksi pada temperatur tinggi menghasilkan nitrogen monoksida (NO). 
               Ada satu perbedaan penting antara kedua reaksi di atas. Pada reaksi H     dan O   ,  sekali 
                                                                                    2(g)      2(g)
               terbentuk, H2O menunjukkan kecenderungan yang kecil untuk terurai kembali menjadi unsur-
               unsur pembentuknya, disebut bahwa reaksi H    dan O    sempurna. Sebaliknya, NO, sangat 
                                                          2(g)     2(g) 
               cenderung terdisosiasi (terurai) kembali menjadi unsur-unsurnya, meskipun pada temperatur 
               tinggi. Maka disebut bahwa pembentukan NO  dari unsur-unsurnya adalah reaksi reversibel 
                                                          (g)
               (bolak balik). Reaksi bolak balik tidak sempurna akan tetapi mencapai keadaan setimbang. 
               Reaksi tidak sempurna dari pembentukan gas NO ini dibuktikan dengan kenyataan bahwa 
               relatif hanya sedikit molekul NO yang ada di udara (1% sampai 2% dalam udara pada 2000 
               K). Kalau reaksinya sempurna, maka konsentrasi molekul NO di udara pasti cukup besar. Pada 
               Bab ini akan diperkenalkan konsep untuk memahami perbedaan ini melalui suatu tetapan yang 
               disebut sebagai tetapan kesetimbangan, K . Untuk reaksi sempurna pembentukan H O dari 
                                                        c                                        2
               unsur-unsurnya,  harga  tetapan  kesetimbangan  sangat  besar,  dan  untuk  reaksi 
               kesetimbangan  (tidak  sempurna)  pembentukan  NO  dari  unsur-unsurnya,  harga  tetapan 
               kesetimbangan sangat kecil. Reaksi N    dan O    membentuk NO terjadi pada semua proses 
                                                    2(g)     2(g) 
               temperatur tinggi di udara, seperti pada badai listrik, atau pada pembakaran batu bara di 
               instalasi pembangkit tenaga dan bensin pada kendaraan bermotor. Kalau reaksinya sempurna, 
               bukan mencapai keadaan kesetimbangan, maka jumlah oksida nitrogen yang jauh lebih besar 
               akan memasuki atmosfer melalui badai listrik dan siklus nitrogen alam akan terpengaruh secara 
               serius. Selain itu, jumlah oksida nitrogen yang dipancarkan selama pembakaran akan jauh lebih 
               besar dari yang teramati saat ini. Sebagai akibatnya, masalah lingkungan seperti smog dan 
               hujan asam akan jauh lebih parah. Akan tetapi pada kenyataannya hal ini tidak terjadi.     
                
                
                11-1  Kesetimbangan Dinamis 
                
               Bab ini akan membahas tentang keadaan setimbang dalam reaksi kimia. Akan tetapi, sebelum 
               membicarakan reaksi kimia, terlebih dahulu akan dibahas beberapa fenomena fisik sederhana 
               yang  melibatkan  kesetimbangan  dinamis,  yaitu  keadaan  dimana  dua  proses  yang 
               berlawanan  berlangsung  pada  kecepatan  yang  sama  dan  tidak  ada  perubahan 
               konsentrasi senyawa-senyawa total dengan berjalannya waktu.  
                                                         223 
                
               1.  Apabila cairan menguap dalam tempat yang tertutup, maka ada waktu dimana molekul 
                   kembali ke keadaan cair pada kecepatan yang sama dengan ketika molekul menguap 
                   meninggalkan keadaan cair. Jadi, kecepatan pengembunan uap sama dengan kecepatan 
                   penguapan cairan. Meskipun molekul secara terus menerus bergerak bolak balik diantara 
                   keadaan cair dan gas (proses dinamis), keadaan akan tercapai kalau tekanan uap tidak 
                   berubah  (tetap)  dengan  berjalannya  waktu.  Tekanan  uap  cairan  adalah  sifat  yang 
                   berkaitan dengan keadaan setimbang.  
               2.  Apabila  zat  terlarut  dilarutkan  dalam  pelarut,  akan  dicapai  titik  dimana  kecepatan 
                   pelarutan partikel zat terlarut yang ditambahkan sama dengan kecepatan zat terlarut 
                   mengendap. Meskipun zat terlarut secara terus menerus bergerak bolak balik diantara 
                   keadaan larutan dan zat terlarut yang tidak larut (endapan), konsentrasi zat terlarut tidak 
                   berubah (tetap) dengan berjalannya waktu. Kelarutan zat terlarut adalah sifat yang 
                   berkaitan dengan keadaan setimbang. 
               3.  Apabila larutan air I  dikocok dengan karbon tetraklorida, CCl   , maka molekul I akan 
                                       2                                         4(c)                2 
                   bergerak bolak balik diantara air dan CCl   . Molekul terlarut akan terdistribusi dengan 
                                                            4(c)
                   sendirinya diantara dua cairan yang tidak bercampur. Ketika molekul terlarut melewati 
                   kedua cairan pada kecepatan yang sama, konsentrasi I dalam CCl     kira-kira 85 kali dalam 
                                                                       2          4(c)
                   air, dan kedua konsentrasi tidak berubah (tetap) dengan berjalannya waktu. Perbandingan 
                   konsentrasi  zat  terlarut  dalam  kedua  pelarut  yang  tidak  bercampur  disebut  koefisien 
                   distribusi.  Koefisien  distribusi  dari  zat  terlarut  diantara  dua  pelarut  yang  tidak 
                   bercampur adalah sifat yang berkaitan dengan keadaan setimbang.   
                    
               Sifat-sifat yang dinyatakan dalam tiga keadaan di atas, yaitu tekanan uap, kelarutan, koefisien 
               distribusi, adalah contoh dari tetapan kesetimbangan.      
                
                
                         Tetapan Kesetimbangan, K   
                11-2                                     c
                
               Sintesis  metanol  (CH3OH),  dari  campuran  karbon  monoksida  (CO)  dan  hidrogen  (H2) 
               merupakan  reaksi  industri  yang  cukup  penting.  Metanol  adalah  bahan  bakar  kendaraan 
               bermotor dengan nilai oktan tinggi, dan prosedur pembakarannya menghasilkan lebih sedikit 
               polusi udara dibandingkan dengan bensin. Sintesis metanol adalah reaksi reversibel (bolak 
               balik), artinya terbentuknya CH OH     terjadi pada waktu yang sama dengan penguraiannya 
                                               3    (g) 
               melalui reaksi sebaliknya. 
                                                           224 
                
                            CO                           +        2 H               à          CHOH                  reaksi pembentukan  
                                  (g)                                   2(g)                        3      (g)
                            CHOH                        à  CO                        +         2 H                   reaksi penguraian  
                                  3      (g)                            (g)                         2(g)
                                                                  
                         Ketika CO             dicampur dengan H                    ,  pada awalnya reaksi pembentukan CH OH  berjalan 
                                           (g)                                  2(g)                                                                   3      (g)
                         dengan cepat dan reaksi sebaliknya dapat diabaikan. Ketika CH3OH mulai terbentuk, reaksi 
                         sebaliknya  mulai  terjadi.  Dengan  semakin  bertambahnya  CH3OH,  kecepatan  reaksi 
                         pembentukan akan berkurang (karena penurunan konsentrasi CO dan H2) dan kecepatan reaksi 
                         kebalikan bertambah cepat. Lama kelamaan kecepatan reaksi ke kanan sama dengan kecepatan 
                         reaksi ke kiri dan campuran reaksi mencapai keadaan kesetimbangan dinamis, yang dapat 
                         digambarkan sebagai berikut  
                            CO              +      2 H                 ⇄       CHOH  
                                  (g)                    2(g)                        3      (g)
                                                                                                                
                         Salah satu konsekuensi dari keadaan setimbang adalah bahwa jumlah reaktan dan produk akan 
                         tetap dengan berjalannya waktu. Jumlah pada keadaan setimbang ini tergantung pada 
                         jumlah  tertentu  dari  reaktan  dan/atau  produk  yang  ada  pada  awal  reaksi.  Untuk 
                         menggambarkan hal ini, telah dilakukan tiga percobaan yang berbeda seperti yang dapat dilihat 
                         pada Tabel 11-1.  
                          
                         Tabel 11-1 
                         Tiga Pendekatan ke Kesetimbangan pada 10 L dan 500 K. 
                          
                                                                                                     CO                       H                       CHOH  
                                                                                                           (g)                   2(g)                       3       (g)
                            Percobaan 1                                                                                                                
                            jumlah mula-mula, mol                                                    1,000                    1,000                   0,000 
                            jumlah pada saat setimbang, mol                                          0,910                    0.820                   0,090 
                            konsentrasi pada saat setimbang, mol/L                                   0,0910                   0,0820                  0,0090 
                                                                                                                                                       
                            Percobaan 2                                                                                                                
                            jumlah mula-mula, mol                                                    0,000                    0,000                   1,000 
                            jumlah pada saat setimbang, mol                                          0,753                    1,506                   0,247 
                            konsentrasi pada saat setimbang, mol/L                                   0,0753                   0,1501                  0,0247 
                                                                                                                                                       
                            Percobaan 3                                                                                                                
                            jumlah mula-mula, mol                                                    1,000                    1,000                   1,000 
                            jumlah pada saat setimbang, mol                                          1,380                    1,760                   0,620 
                            konsentrasi pada saat setimbang, mol/L                                   0,138                    0,176                   0,0620 
                          
                         Pada percobaan 1, 1 mol CO                       dan 1 mol H               direaksikan dalam tabung bervolume 10 L pada 
                                                                       (g)                    2(g)
                         500 K. Di awal reaksi tidak ada CH OH . Pada percobaan 2, 1 mol CH OH                                                                   dibiarkan 
                                                                                      3      (g)                                                    3      (g)  
                                                                                                 225